太陽是可控核聚變嗎?不然的話為什麼不會爆炸?

2020-12-03 籠子裡的平田君

隨著愛因斯坦質能方程的出現,科學家們認識到了物質內部蘊含了非常龐大的能量,並以此為契機,研製除了原子彈以及後來的氫彈。

以原子核聚變為理論基礎的氫彈,其威力要比原子彈高很多倍,也是迄今為止人類掌握的最為強大的力量!事實上,在茫茫宇宙中無時無刻都在發生著核聚變,時刻進行著核聚變的天體被人們稱之為恆星!太陽便是這樣的天體!

根據科學家的推算,太陽內部的核聚變已經持續了近50億年,而且在未來大約50億年內仍將繼續。太陽將在這種穩定的核聚變下「燃燒」完自己的生命,然後膨脹成為紅巨星,再坍縮成為白矮星,最後完全冷卻,消失在黑暗中!

太陽

這樣看來,太陽的壽命很可能有100億年之久。那麼,為什麼氫彈會在一瞬間完成核聚變然後引發大規模的爆炸,而太陽的核聚變卻可以穩定持續100億年之久?

首先我們要明白,核聚變並不是所有氫原子都參與其中。事實上,早在人類第一顆氫彈爆炸的時候,科學家們已經做過計算,如果氫彈的全部質量都轉化為爆炸能量的話,氫彈的威力要比實驗的結果強大太多了!所以,氫彈在爆炸時,大部分並未參與其中!

氫彈爆炸的威力

這就牽扯到了概率問題!

我們知道,氫彈需要原子彈來進行引爆,當原子彈爆炸時,會將氫原子(通常為氫的同位素氘和氚原子)擠壓在一起,強迫它們在高溫高壓的環境下發生碰撞引發核聚變,但這種碰撞的隨機性太大,所有氫原子並不會在同時完成碰撞。

氫原子核聚變

由於原子彈創早的高溫高壓環境,一些氫原子瞬間便完成了核聚變,巨大的能量產生了爆炸,強大的壓力和輻射將那些還沒有完成核聚變的氫原子推了出去,而這些氫原子也就失去了引發核聚變的機會,所以氫彈的爆炸只是一瞬間的事情,而且只是部分氫原子參與了爆炸!

那太陽的核聚變是什麼狀態呢?

事實上,太陽的核聚變與氫彈有所不同。太陽擁有龐大的質量,由此產生的巨大引力產生了高溫高壓的環境,給氫原子核的聚變創造了條件。此時的氫原子就像沸騰了的水一樣,氫原子在裡面高速運動,彼此之間進行著劇烈的撞擊,於是便觸發了核聚變的發生!

太陽結構

但這些氫原子依然遵循著概率性原則,發生聚變的只是一少部分氫原子,其它氫原子依然無法碰撞到一起。所以,在這種概率的作用下,永遠只有少部分氫原子參與了核聚變,所以太陽內部的核聚變一直保持在一個可控的範圍內。但這種狀態並非完全穩定,隨著太陽質量的不斷消耗,總有一天這種平衡會被打破,而屆時太陽將演化為紅巨星,將整個太陽系吞沒!

太陽最後將變為紅巨星

但這並不代表太陽的核聚變不會發生爆炸,事實上,太陽的核聚變和地球的一樣,是會發生爆炸的,而且這種爆炸無時無刻不在進行。但是核聚變引發的爆炸和太陽本身的爆炸時兩種不同概念,就比如氫彈在地球上進行引爆不會引起地球的爆炸一樣,太陽的核聚變也是如此!

根據科學家們的計算,太陽每秒鐘大約有6億噸的氫經過核聚變反應變成大約5.96億噸的氦,然後放出了相當於400萬噸氫的能量,這相當於4億億顆廣島原子彈爆發出的能量,這是一個相當恐怖的數字,畢竟地球只是接收到了這些能量的二十二億分之一,就形成了現在的生態環境!

然而這樣的消耗在太陽龐大的質量面前顯得不值一提!太陽已經形成了大約50億年,按照這個時間來推算,太陽已經消耗掉的氫原子質量已經超過100個地球的質量了。儘管如此,太陽內部的氫元素仍然佔了整體質量的75%,所以它才能維持穩定的核聚變,持續向宇宙輸出能量!

太陽內部的核聚變

相關焦點

  • 同樣都是核聚變反應,為什麼氫彈瞬間爆炸,太陽卻能維持100億年
    但是太陽內部的核聚變反應的時間要漫長的多。太陽的核聚變的反應不但已經持續了46億年的時間,而且未來還會穩定的維持大約60億年。為什麼太陽的核聚變反應能夠穩定維持100億年而不是瞬間爆炸完了呢?科地球上的海水中含有豐富的核聚變原材料,氫的同位素氘。科學家估計海水中的氘總量達40萬億噸。如果將這些氘全部用於核聚變反應的話,釋放出的能量可供人類使用幾百億年的時間。這塊能源實在是誘人,但是人類要想實現可控核聚變技術並不容易。像氫彈這樣的核聚變反應是不可控的。太陽也許能夠給我們啟發。
  • 為什麼氫彈一點就炸,太陽的核聚變卻如此穩定?
    那麼為什麼人類發明的氫彈一點就炸了,但是太陽的核聚變卻能夠如此穩定地進行幾十億年呢?,可控的「氫彈」嗎?,也就是我們上面提到了氫彈,那麼有朝一日,人類能夠實現可控核聚變嗎?太陽的核聚變太陽核心的溫度是15,000,000K,也就是約為1500萬攝氏度。那為什麼地球的氫彈卻需要上億攝氏度的溫度才能爆炸呢?
  • 氫彈和太陽都是核聚變反應,為什麼太陽不會像氫彈一樣爆炸?
    引言:在物質能量中,粒子反應產生的能量是最為豐富的,無論是核裂變還是核聚變都可以產生大量的能量,因此粒子反應一直是科學家研究的領域,現在的核電站一般都是核裂變產生能量,不過太陽卻是通過核聚變產生能量的,這與氫彈的核聚變反應類似,但是氫彈的核聚變反應是不可控的,太陽核聚變反應卻是可控的,這到底是為什麼呢?
  • 既然太陽會發生核聚變反應,為什麼它不會瞬間爆炸?
    太陽為什麼不會爆炸?由於太陽自身巨大的重力擠壓,使其核心的壓力和溫度變得極高,形成了可以發生核聚變反應的環境。氫原子核(即質子)通過質子-質子鏈反應以及碳氮氧循環(主要是前者)結合成氦原子核(氦-4),同時釋放出巨大的能量。但是為什麼所有的氫原子核不會瞬間聚變呢?或者說太陽為什麼不會一下子爆炸? 一切都從核心開始。
  • 用中國人造太陽,來說說什麼是可控核聚變
    中國「人造太陽」第四代核聚變試驗設備是我們中國的科研成果。是中科院合肥物質科學研究院等離子物理研究所自主研發的。核聚變實驗的世界主流是強磁場約束託卡馬克聚變,其代表就是中國「東方超環」EAST,這才是它的真名。而中國『人造太陽』只不過是小名。
  • 太陽和氫彈都是核聚變,為什麼太陽不會像氫彈一樣爆炸?
    我們知道太陽和氫彈都是核聚變的原理,那麼為什麼氫彈會直接爆炸,而太陽卻不會像氫彈一樣爆炸呢?今天我們就來講一下。要搞清楚這個問題,我們需要先簡單了解一下核聚變的原理。所謂的核聚變,指的是讓多個原子核互相碰撞,並使這些原子核產生聚合作用的過程,它們在生成更重的原子核的同時,會由於質量虧損而釋放出巨大的能量。
  • 太陽那麼高強度的核聚變反應,為什麼不會失控?
    大家都知道,太陽內部的核聚變和氫彈爆炸的原理有一定的相似性,為何氫彈瞬間燃爆,而太陽可以持續釋放能量呢?之所以出現這樣的情況,有一個非常形象的概念來形容,那就是可控性。簡單來說,氫彈爆炸屬於不可控的核反應,而太陽內部的核反應屬於可控的核聚變。
  • 人類為什麼要研究可控核聚變?
    歡迎大家閱讀本期的鵬楊科普,在前兩天的文章中給大家說了一下人造太陽的事情,其中我們說到了可控核聚變的問題,但我們並沒有談到可控核聚變的用途,沒有說到我們人類為什麼要花這麼大的精力去實現可控核聚變,若是實現了到底能有什麼作用?本期的內容我們就主要來說說可控核聚變的用途。
  • 為什麼要做人工太陽?可控核聚變為什麼是終極能源?
    最近中國科學界可謂捷報連連,嫦娥取土待歸、九章計算出世、可控核聚變也有重大突破,前兩個都談過了,今天就來談一談可控核聚變,俗稱人造太陽,提到核聚變,許多人自然就想到了核裂變,我也簡單說一說。首先澄清這個人工太陽主要是說明這個設施的原理,並不是一個太陽的替代品,畢竟太陽壽命還很長,而且別說地球,即使可以利用整個太陽系也造不出來第二個太陽。
  • 以「人造太陽」成功放電,解讀什麼是可控核聚變,為何如此重要
    就在全世界可控核聚變研究正如火如荼之時,中國已悄然發力,在該領域率先實現重大突破。那麼什麼是可控核聚變,為什麼世界各國爭相參與研究?可控核聚變依然屬於核聚變範疇,核聚變就是利用原子核聚變反應來產生能量,而可控核聚變,顧名思義,就是可以利用慣性約束或者磁約束等方式使之發生可控的、安全的核聚變反應。
  • 可控核聚變的原理
    首先說核聚變是輕的原子合併成重的原子,並釋放出能量的物理過程,氫彈爆炸和太陽發光都是這個原理。那利用核聚變做一個慢慢釋放能量的發動機使用就成了尖端科學家們研究的主要事情了,這就是可控核聚變。重點就是可控,目前有兩個難點,第一是溫度,聚變發生要達到一億度高溫,原子彈爆炸能產生一億度。高溫也可以用雷射來解決,雷射加熱是非常迅速的。
  • 太陽和氫彈一樣是核聚變反應,它怎麼能夠維持46億年而不瞬間爆炸
    我們發現太陽內部也在進行著和氫彈一樣的核聚變反應。氫彈爆炸那幾乎是瞬間的事情。但是太陽內部的核聚變反應的時間要漫長的多。太陽的核聚變的反應不但已經持續了46億年的時間,而且未來還會穩定的維持大約60億年。為什麼太陽的核聚變反應能夠穩定維持幾十億年而不是瞬間爆炸完了呢?
  • 我國人造太陽,首次實現1億度!人類距離可控核聚變還有多遠?
    為什麼美國用紙印點美元就可以全世界買買買?本質上很大程度靠的不還是石油霸權嗎? 很難洩漏爆炸 很多人應該都知道,氫彈是需要用原子彈才能引爆的,因為發生核聚變所需的條件,就是要極度的高溫、高密度等非常苛刻的條件,一般至少也需要達到幾千萬攝氏度,也只有原子彈的爆炸才能產生這麼高的溫度與壓力,即使核聚變裝置發生了洩漏,沒有極高的溫度與密度等條件,也不會發生什麼反應,更不會爆炸,所以車諾比的爆炸事件在核聚變上基本是不可能發生的。
  • 新一代「人造太陽」反超美國,中國會不會率先實現可控核聚變?
    很多小夥伴就納悶了:現在我們已經有火力、水力、風力、太陽能、化學能等等能源了,可是電為什麼還是不夠用呀?真是讓人著急!這個時候可能大家對「可控核聚變」這個解決人類終極能源的辦法,又開始心心念念了。新聞不是剛剛的報導:中國新一代「人造太陽」中國環流器二號M裝置,在成都建成並實現首次放電了嗎?這是個好消息哈,聽說技術已經反超美國了。我們會不會是最早實現可控核聚變的國家?
  • 太陽核聚變只要1500萬度,可控核聚變卻要1億度,這是什麼原因?
    稍懂科學常識的人都知道,太陽一直是依靠核聚變源源不斷的產生著巨大能量,我們才能夠得到它的光和熱。太陽中心溫度只有1500萬℃,就可以維持源源不斷的核聚變。可一些科學報導總說,現在正在試驗的可控核聚變溫度達到了1億℃,這又是為什麼呢?為什麼不可以像太陽那樣,用較低溫度實現可控核聚變,這樣不是容易很多嗎?
  • 可控核聚變到底是什麼?
    可控核聚變被我們人類稱為無限的清潔能源,也就是說,若是掌握了可控核聚變技術,那我們就會擁有無限的能源來使用,從此不用再擔心能源缺少以及環境汙染的問題。我們現在所使用的能源主要來源就是石油和煤,而這些能源是有限的,他它總會有用完的一天,所以我們就要想辦法來解決這個問題。
  • 中國可控核聚變力壓美國,溫度達到太陽十倍,聚變發電還遠嗎?
    核聚變是宇宙的終極能源,太陽就是靠聚變來發光發熱,普照萬物。而可控核聚變,則是人類解決能源問題的希望所在。我國新一代人造太陽:中國環流器2號M的首次成功放電,標誌著國內聚變研究又向前邁進了一大步,溫度達到了1.5億攝氏度,是太陽中心溫度的10倍,而等離子體電流和環向磁場強度超過了美國現存最大的託克馬克裝置DIII-D,達到了世界一流水平。
  • 揭秘中國可控核聚變:「人造太陽」離圓夢又近一步
    人民日報海外版1月3日消息,萬物生長靠太陽。今天支撐人類社會運轉的幾乎一切能源,從煤、石油、天然氣,到風能、生物能,其本質都是太陽能,而太陽上的能量來自內部的核聚變反應。就像兒歌中所唱的,「我有一個美麗的願望,長大以後能播種太陽」,長久以來,人類一直希望通過可控核聚變反應,來創造出「人造太陽」,從而獲得源源不絕的能源,大幅改善人們的生活。
  • 「人造太陽」離圓夢又近一步——揭秘中國可控核聚變
    就像兒歌中所唱的,「我有一個美麗的願望,長大以後能播種太陽」,長久以來,人類一直希望通過可控核聚變反應,來創造出「人造太陽」,從而獲得源源不絕的能源,大幅改善人們的生活。就在前不久,中國核工業集團宣布,新一代可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」,預計於2020年投入運行。
  • 可控核聚變是什麼?將引發第四次工業革命
    除此之外,因為第一次工業革命和第二次工業革命都是能源的革命,所以許多科學家認為可控核聚變將會帶來第四次工業革命。今天我們就來了解一下可控核聚變! 為什麼可控核聚變帶來第四次工業革命 我們首先要了解一下什麼是核聚變